谈隧道施工中塌方的预防与处治措施

汤 萍

(山西远方路桥(集团)有限责任公司,山西 大同 037006)

谈隧道施工中塌方的预防与处治措施

汤 萍

(山西远方路桥(集团)有限责任公司,山西 大同 037006)

论述了隧道塌方的危害性，从水文地质条件、隧道设计、施工方法等方面，分析了隧道施工中发生塌方的主要原因，并探讨了预防和治理隧道塌方的措施，旨在保障隧道施工的安全进行。

隧道，塌方事故，断裂带，预防措施

0 引言

现代社会对于隧道施工质量的要求不断提高，而隧道施工难度越来越大，地质条件日趋复杂。隧道施工的规模和地质条件的复杂性对隧道施工技术以及安全性的要求越来越高，例如在隧道施工中由于地质应力过大而导致地质不稳，地温过高影响隧道施工强度，隧道内部结构不稳定问题等都是引发隧道塌方的主要因素，也是隧道施工中常见的问题。为此在隧道施工各个阶段进行塌方监测，及时采取预防措施，施工中一旦发现有可能塌方第一时间保证人员安全，及时分析塌方可能产生的原因，有针对性的采用合理的施工方案。

1 隧道塌方的主要危害

隧道在实施或操作过程中由于外部环境或施工技术的影响，出现顶部和侧面或隧道末端的部分岩石、外观石、土岩、混凝土层有一定面积的塌陷或剥落下降的现象。引发隧道塌方的因素众多，隧道塌方在时间上也存在较大的不确定性，导致隧道塌方事故的危害性也非常大，一旦发生隧道塌方事故将引起严重的事故。在隧道建设期间，除了给建筑工人带来生命安全威胁，也导致施工周期延长，造成施工成本的增加。另外在后期实际运营过程中，隧道塌方事故在给人们带来生命财产威胁的同时也会给社会造成不良后果，影响社会的稳定性。事故频发主要是由于隧道施工塌方监测技术尚不成熟，理论研究还缺乏实践检验，项目施工企业对隧道施工中塌方监测技术的重视程度不高等。

2 发生塌方的主要原因

隧道开挖时可能由于自然因素或人为因素导致塌方。其中自然因素包括岩层类型及强度、岩体受力状态、地下水的情况；人为因素则体现在不符合地质条件的设计，以及不适当的施工方法上。

2.1 不良的水文及地质条件

1)隧道穿过断裂带地层结构，或处于断层错动地段，机械开挖造成地质结构应力不均，导致岩层结构遭受破坏，易引发塌方事故。如果地层结构过于松散，岩层颗粒的胶结强度低，机械设备开挖过程中松软地质很容易出现大面积的塌方。

2)隧道穿越地层厚度不足的地区，如丘陵浅层、沿河傍山、沟谷地带等，由于地层厚度难以吸收应力，极易出现大范围的塌方。

3)地下水作用也是造成隧道塌方的重要因素。地下水降低了岩层软弱夹层的强度，稍加外力极易导致滑塌事故。

2.2 隧道设计不恰当

1)隧道施工选址时对当地地质结构的分析存在漏洞，未发现地质结构松散地段。

2)对施工当地水文条件探测不到位，导致施工设计忽视地下水作用。

2.3 施工方法和措施不当

1)隧道施工方法与当地地质条件不相适应；出现顶部和侧面或隧道末端的部分岩石、外观石、土岩、混凝土层有一定面积的塌陷或剥落下降的现象。施工支护不恰当，或“先拆后支”的方法，导致地质层暴露时间过长，都可能导致周围岩土结构的变化，造成塌方事故。

2)施工前测量并未严格按照标准规范执行，导致测量数据不全面，影响施工决策的准确性。

3)爆破炸药量计算不准确，导致地质震动过大，对塌方危险的检测不到位，危石处理不当，造成岩层塌方事故。爆破用药量过多，震动过大。对危石检查不及时、不重视，处理危石措施不当，引起岩层坍塌。

4)喷锚支护方法错误或不及时，降低支护质量。

3 隧道施工中塌方的预防措施

3.1 断裂带塌陷

断裂崩塌是最常见的隧道塌方事故，而当前针对断裂崩塌事故检测的技术多以断层破碎带检测为主，通过检测断层关键参数来确定断层出现的位置，这是因为断层破碎带的应力较为集中，而受到地质条件的影响，很容易出现断层破碎现象，给施工安全带来较大的隐患。

在地质结构不稳定的区域应采取“先排水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤量测”的施工流程，加强对不稳岩层的支护，强化安全防护措施。

3.2 隧道隧洞内的断层破碎带识别与辨认

隧道的断层和断层破裂带标识和识别,与地面地质调查和审查故障对断层的辨认基本类似，如果根据故障的识别，除了地貌标志,在地上地质调查在断层形成的识别标志、如隧道岩石构造、矿物质分布特征等都可以作为判断隧道应力断层的依据。有些地段甚至清楚表现在地面上,非常明显，容易观察。断层破裂带滑坡的判断和预警,主要包括故障断裂带滑坡影响因素分析,岩体断层破裂带破碎的前兆，准确识别断层的早期检测，及早发现问题。

3.3 塌方的预测

在做好隧道安全施工的同时，加强对隧道塌方征兆的监测也是非常重要的，需要在隧道施工的全过程进行塌方预测，目前常用的方法包括以下几种：

1)观察法。在隧道施工过程中实施探孔技术对岩层结构及水文状况进行检测与分析，同时根据隧道掘进程度进行地质结构素描，用于判断有无塌方的可能性。

在隧道塌方预测中对围岩结构的监测十分关键，通过测量围岩应力变化，检测支护结构是否稳固，可以对围岩的节理裂隙情况进行判断，并从洞壁松动、喷射混凝土的掉落情况来判断地表结构是否出现下沉问题。

2)一般量测法。指对参考点的应力变化、位移情况进行数据采集，及时发现变化异常特征，并对是否存在塌方可能进行预测。

3)微地震学测量法。微地震监测技术是观察和分析小地震事件对生产活动的影响，微地震技术是基于声发传播原理进行检测，将微震监测技术划分为指标数据采集、微震源成像和反向演化分析等环节。在指标数据采集过程中搜集的信号波形特征可以作为分析隧道断层及附近岩石应力状态的核心参数，用于表征隧道应力变化的趋势及预测隧道塌方破坏程度。微地震监测有其独特的优点：首先它可以直接确定岩石断裂的位置和性质，由于它利用地震波信息，其传感器可分布于远离岩体破坏的地区，从而确保监控系统能长时间运行而不被破坏；其次监测覆盖的面积非常广。

4)声学测量法。通过检测岩层声波变化来分析岩层应力状态，预测塌方的可能性。

以上针对塌方的检测方法都是从塌方征兆检测分析着手，以防患于未然的方法降低塌方事故出现的几率。

隧道施工初期应加强支护质量，在挖掘过程中根据操作规范及时完成喷锚支护，并根据现场施工需求采取早强锚杆或早强喷射混凝土，以强化支护效果，提升隧道岩层的稳定性。

4 隧道施工中塌方的处治措施

若隧道塌方事故出现，施工人员应在第一时间撤离施工现场。负责人员及时调查塌方的原因，并制定合理有效的应急处置方案。

1)处理塌方应先加固未塌地段，防止继续发展。对于开洞高度较低，延伸长度较短的隧道项目，首先应对洞体两端进行加固处理，采取锚喷联合支护对侧面和顶部岩层结构进行加固，稳固岩层支架后清理残渣，拆除临时支架。

对于开洞高度高，而塌渣数量较大的隧道项目，塌渣全部封堵洞口时应及时采取支护，并探测塌穴的位置和规模，采取注浆加固方法封堵渣体，待结构稳定后再按照先上后下的顺序清理渣体，尽快完成洞体的衬砌。

当隧道施工地质结构不良，导致塌方出现冒顶时，应在陷穴口周围及时打设地表锚杆，并采取钢架支撑等进行加固。

当洞口塌方延伸到地表层，应采取暗洞明作的策略，避免塌方进一步扩大。

2)在处理塌方事故时应加强对地下水的防排工作。引截地下水防止对塌方区域造成侵蚀，避免出现二次塌方。

a.岩层地表下沉或出现裂缝，应采用不透水土壤夯实结构，并防止地下水渗入塌方区域。

b.塌方体存在地下水活动时，应及时引流地下水。

c.塌方通顶时，塌方区域回调高度要高于地表，并用不透水黏土封堵回填口，四周开发排水通道，用防水布遮盖陷穴口。

3)塌方出现后必须增加检测强度，增加监测点数，根据实时监测数据调整施工方案。

4)根据塌方地段规模和地质特点加强衬砌。塌方规模较小，可以用干砌片石及时封堵塌穴，如果塌方区域较大，则必须在回填一定量干砌片石后，用钢支撑加固周围岩层。对于特大塌方事故，应开展专项应急处置方案。

[1] 申志军.运营隧道缺陷与病害整治技术[M].北京：人民交通出版社，2016.

[2] 黄 欣.断层破碎带隧道施工技术要点分析[J].佳木斯职业学院学报，2014(12):195-196.

[3] 毕旭冰，吴孝清，刘胜春.公路隧道穿越断层破碎带仿真分析[J].交通科技，2014(1):5-7.

[4] 李廷春，张乃杰，刘建章，等.断层破碎带影响下隧道的震害分析[J].山东科技大学学报(自然科学版)，2014，33(1):68-74.

[5] 杨新安，黄宏伟.隧道病害与防治[M].上海：同济大学出版社，2003.

Discussion on collapse preventing and processing measures in tunnel construction

Tang Ping

(ShanxiYuanfangHighway&Bridge(Group)Co.,Ltd,Datong037006,China)

The thesis discusses tunnel collapse hazards, analyzes major collapse causes in tunnel construction from aspects of hydrological conditions, tunnel design and construction method, and explores measures of preventing and processing tunnel collapse, with a view to guarantee tunnel construction safety.

tunnel, collapse accident, fault zone, preventive measures

1009-6825(2017)03-0180-02

2016-11-16

汤 萍(1979- )，女，工程师

U458.3

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